中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：一百五十年來，人類已經(jīng)經(jīng)歷了三次科技革命，每一次科技革命都重塑了世界。
在1999年冬天，電影《黑客帝國(guó)》風(fēng)靡全球，其中讓人印象尤為深刻的，就是整個(gè)世界都被解構(gòu)成綠色的數(shù)字洪流，那是關(guān)于新一輪科技革命最明顯的隱喻。
今天，世界各國(guó)都在發(fā)力數(shù)字科技，在人工智能等關(guān)鍵技術(shù)上踴躍爭(zhēng)先，這注定是一場(chǎng)漫長(zhǎng)的競(jìng)爭(zhēng)，背后則是巨量的能源消耗。于是，能源革命與數(shù)智化浪潮如同天命姻緣一般耦合到了一起，而中國(guó)政府把這個(gè)歷史進(jìn)程稱之為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)。
新型電力系統(tǒng)的發(fā)展順應(yīng)未來趨勢(shì)，處理好新能源發(fā)電的消納問題和分布式能源的統(tǒng)籌管理則是我國(guó)必須解決的重要課題，因此，虛擬電廠成為當(dāng)下構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。
虛擬電廠是什么？
虛擬電廠雖名為“電廠”，但并非發(fā)電廠，簡(jiǎn)單來說，虛擬電廠就是憑借能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將閑散在終端用戶的充電樁、儲(chǔ)能、空調(diào)、分布式光伏等電力負(fù)荷資源聚合起來，通過對(duì)這些資源進(jìn)行優(yōu)化控制并加入電網(wǎng)調(diào)度，可以有效地削峰填谷，并提供電力輔助服務(wù)，從而提升電網(wǎng)的安全運(yùn)行能力。
目前在人們的生活當(dāng)中，和虛擬電廠性質(zhì)類似的典型例子就是滴滴平臺(tái)。滴滴自己不擁有車，卻能隨時(shí)調(diào)用車輛資源，滿足乘客們的用車需求。同理，虛擬電廠不擁有電，本質(zhì)上它是一套智能管理系統(tǒng)，擁有調(diào)用各種電力資源的能力。
再看這些電力資源是如何構(gòu)成虛擬電廠的：首先需要一個(gè)虛擬電廠建設(shè)方牽頭推進(jìn)，并購(gòu)買相關(guān)設(shè)備（硬件）、提供管理系統(tǒng)（軟件）。之后，由構(gòu)建方與儲(chǔ)能、充電樁、光伏電站、空調(diào)等電力資源的所有者簽訂合同，就像滴滴與司機(jī)簽訂相關(guān)協(xié)議一樣。一個(gè)由虛擬電廠和電力資源共同搭建的“智能管理管理平臺(tái)”，就是虛擬電廠。
因此，虛擬電廠其實(shí)是一座基于能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的“隱形”電廠，其主要作用就是推動(dòng)可再生能源的消納和有效利用。它能夠以較小的成本，解決城市電網(wǎng)峰谷差大、局部電力供應(yīng)緊張以及占地面積大等問題，從而為實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型和降碳減排目標(biāo)提供強(qiáng)力支持。
虛擬電廠技術(shù)主要體現(xiàn)在以下五個(gè)方面：
智能電網(wǎng)技術(shù)。智能電網(wǎng)技術(shù)是包括物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析、云計(jì)算等技術(shù)在內(nèi)的虛擬發(fā)電廠的基礎(chǔ)。智能電網(wǎng)技術(shù)通過收集和分析分散的能源供應(yīng)數(shù)據(jù)，可以優(yōu)化能源生產(chǎn)、傳輸和消費(fèi)調(diào)度，提高能源利用效率和供電可靠性。
預(yù)測(cè)和優(yōu)化技術(shù)。根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)信息，預(yù)測(cè)和優(yōu)化技術(shù)可以預(yù)測(cè)能源需求和供應(yīng)，并通過優(yōu)化調(diào)度算法實(shí)現(xiàn)最佳能源分配。虛擬發(fā)電廠可以通過準(zhǔn)確的需求預(yù)測(cè)和靈活的優(yōu)化調(diào)度，實(shí)現(xiàn)能源平衡和高效利用。
能量?jī)?chǔ)存技術(shù)。能源存儲(chǔ)技術(shù)是虛擬發(fā)電廠實(shí)現(xiàn)能源調(diào)度靈活性的重要手段。利用能源存儲(chǔ)技術(shù)，虛擬發(fā)電廠可以在需求高峰期保存能源，釋放儲(chǔ)備能源，確保供電穩(wěn)定。常見的能源存儲(chǔ)技術(shù)包括電池能源存儲(chǔ)、壓縮空氣能源存儲(chǔ)、重力能源存儲(chǔ)等。
協(xié)同控制技術(shù)。協(xié)同控制技術(shù)是實(shí)現(xiàn)虛擬發(fā)電廠多能源系統(tǒng)協(xié)同運(yùn)行的核心。虛擬發(fā)電廠可以實(shí)現(xiàn)各種能源之間的靈活轉(zhuǎn)換，通過建立多能源供應(yīng)之間的協(xié)同關(guān)系和協(xié)同控制方法，提高能源利用效率和供電的可靠性。
安全技術(shù)。安全技術(shù)是虛擬發(fā)電廠運(yùn)行的基本保證。它包括能源供應(yīng)的安全監(jiān)測(cè)、故障檢測(cè)和故障隔離技術(shù)。安全技術(shù)可以通過實(shí)時(shí)監(jiān)控和快速故障排除，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理隱藏的問題，確保虛擬發(fā)電廠的運(yùn)行安全。
借助Hightopo等先進(jìn)的數(shù)據(jù)融合技術(shù)，虛擬電廠可以實(shí)現(xiàn)對(duì)分散DER的統(tǒng)一管理，通過可視化的界面展示，使得調(diào)度更加直觀、高效。這種協(xié)調(diào)控制不僅減小了DER并網(wǎng)對(duì)公網(wǎng)的沖擊，還降低了分布式發(fā)電增長(zhǎng)帶來的調(diào)度難度，使配電管理更加合理有序，系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定。
此外，商業(yè)型虛擬電廠更是從商業(yè)收益的角度出發(fā)，通過精準(zhǔn)的需求預(yù)測(cè)、發(fā)電計(jì)劃制定和市場(chǎng)競(jìng)標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了DER投資組合的靈活運(yùn)作，這不僅提升了電力市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，還可以為投資者帶來可觀的收益。
在歐美發(fā)展已經(jīng)成熟
近幾年來，在俄烏沖突的能源危機(jī)陰影下，歐洲多個(gè)國(guó)家陸續(xù)加大能源轉(zhuǎn)型力度，虛擬電廠發(fā)展進(jìn)一步提速。以德國(guó)為例，據(jù)德國(guó)伍珀塔爾研究所的最新數(shù)據(jù)，德國(guó)的能源聚合市場(chǎng)和靈活性市場(chǎng)規(guī)模約為75吉瓦，這一數(shù)字預(yù)計(jì)到2030年還會(huì)翻番。
業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，虛擬電廠在德國(guó)的迅速發(fā)展，主要受益于市場(chǎng)和監(jiān)管雙重驅(qū)動(dòng)。德國(guó)政府通過制定相關(guān)政策和法規(guī)，鼓勵(lì)企業(yè)和個(gè)人參與分布式能源發(fā)展，并提供相應(yīng)的補(bǔ)貼和支持。
早在2008年，德國(guó)政府聯(lián)合能源公司、咨詢公司、清潔能源服務(wù)提供商、實(shí)驗(yàn)室等機(jī)構(gòu)推出一項(xiàng)名為eTelligence的虛擬電廠研究項(xiàng)目。2012年，德國(guó)修訂《可再生能源法》，引入可再生能源電力“直接銷售”的要求，即批發(fā)市場(chǎng)直接售電，作為固定上網(wǎng)電價(jià)的可選替代方案。2014年《可再生能源法》再修訂要求，100千瓦以上的新增可再生能源機(jī)組都必須進(jìn)行直接銷售，因此很多分布式新能源項(xiàng)目?jī)A向于選擇交由虛擬電廠運(yùn)營(yíng)。
政策鼓勵(lì)下，眾多德國(guó)虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商得到快速發(fā)展。以成立于2009年的德企Next-Kraftwerke為例，2022年，其在德國(guó)、比利時(shí)、奧地利、法國(guó)、波蘭、荷蘭、瑞士和意大利運(yùn)營(yíng)的各類分散式能源單元超過1.3萬個(gè)，總?cè)萘砍^11吉瓦，是歐洲最大的虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商之一。
美國(guó)電動(dòng)汽車制造商特斯拉則帶來了一大重要?jiǎng)?chuàng)新：Autobidder虛擬電廠系統(tǒng)。其通過整合分布式能源資源和電動(dòng)車輛的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，建立“車+樁+光+儲(chǔ)+荷+智”的新能源產(chǎn)業(yè)生態(tài)閉環(huán)。Autobidder不僅是電力交易數(shù)字化軟件，還是虛擬電廠實(shí)時(shí)交易和控制平臺(tái)，可以在車輛、電池、光伏設(shè)備等特斯拉生態(tài)系統(tǒng)，甚至電網(wǎng)中自動(dòng)調(diào)度能源電力，以實(shí)現(xiàn)高效的資源分配和最大的商業(yè)效益。
在特斯拉的官網(wǎng)可以看到，特斯拉啟動(dòng)的虛擬電廠業(yè)務(wù)對(duì)參與用戶的要求只有簡(jiǎn)單的兩段：在用電前幾個(gè)小時(shí)，用戶會(huì)收到通知，太陽能電池盡可能提前充電，充滿后才會(huì)為用戶供電，并將其余的電力輸出至電網(wǎng)。參與用戶全程不需要操作，自家的太陽能電池就完成了輸出過程。
加入虛擬電廠的用戶，可以根據(jù)實(shí)際情況反向賣電，每向電網(wǎng)輸送1度電可獲得2美元的獎(jiǎng)勵(lì)。而在這個(gè)過程中，特斯拉、電網(wǎng)以及用戶，三方都能獲益。電網(wǎng)穩(wěn)定性提升、虛擬電廠運(yùn)營(yíng)方和用戶可以分得獎(jiǎng)勵(lì)，這也構(gòu)成了虛擬電廠最基礎(chǔ)的利益模型。
虛擬電廠在國(guó)內(nèi)發(fā)展迅速
在國(guó)內(nèi)，能源管理及虛擬電廠相關(guān)扶持政策近幾年來接連出臺(tái)，其中以廣東深圳的虛擬電廠發(fā)展建設(shè)最為迅速。
自2022年以來，深圳出臺(tái)多項(xiàng)政策支持虛擬電廠發(fā)展，并成立國(guó)內(nèi)首家虛擬電廠管理中心。今年6月，深圳印發(fā)《深圳市支持虛擬電廠加快發(fā)展的若干措施》，拿出真金白銀推動(dòng)虛擬電廠全鏈條、全生態(tài)發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，深圳通過虛擬電廠的管理，已帶動(dòng)100余家企業(yè)進(jìn)入相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈。
中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)查閱公開資料發(fā)現(xiàn)，進(jìn)入2024年以來，深圳虛擬電廠管理中心已開展精準(zhǔn)響應(yīng)31次，有效解決全市負(fù)荷高峰、斷面重載、主變重載等問題。深圳虛擬電廠調(diào)控管理云平臺(tái)共計(jì)接入資源容量逾275萬千瓦，可調(diào)容量為60萬千瓦，接入資源設(shè)備總數(shù)5.5萬個(gè)，接入虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商近50家。
為何那么多企業(yè)愿意參與深圳虛擬電廠管理中心的電力需求響應(yīng)業(yè)務(wù)？顯然市場(chǎng)收益是最大動(dòng)力。以充電場(chǎng)站為例，過去只能掙取服務(wù)費(fèi)，如今通過參與響應(yīng)還能獲得一定的收益。以用戶側(cè)儲(chǔ)能為例，由于收益渠道增加，投資商的投資回報(bào)周期縮短，又因數(shù)字化運(yùn)營(yíng)能力提升，平臺(tái)運(yùn)營(yíng)成本也大大降低。
業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，用戶側(cè)儲(chǔ)能在參與虛擬電廠調(diào)節(jié)響應(yīng)時(shí)，有三方面優(yōu)勢(shì)，一是具有更穩(wěn)定的響應(yīng)容量與響應(yīng)時(shí)間；二是基本不會(huì)對(duì)參與響應(yīng)的用戶造成用電影響；三是儲(chǔ)能本身在投運(yùn)后可以享受峰谷價(jià)差所帶來的收益。
同時(shí)，不占用土地資源，無須新建輸電通道，是虛擬電廠的另一大優(yōu)勢(shì)。以建設(shè)200兆瓦虛擬電廠為例，每年可節(jié)約標(biāo)煤4.07萬噸，減排二氧化碳10.8萬噸、二氧化硫3261噸，節(jié)省土地資源價(jià)值約9億~10億元。
數(shù)據(jù)顯示，到2025年，深圳計(jì)劃建成具備100萬千瓦級(jí)可調(diào)節(jié)能力的虛擬電廠，形成年度最大負(fù)荷5%的穩(wěn)定調(diào)節(jié)能力，引導(dǎo)規(guī)模化可調(diào)用戶資源主動(dòng)參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)，每年可減排溫室氣體約54萬噸，有力支撐新型電力系統(tǒng)建設(shè)和雙碳目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)。
上市公司積極布局
據(jù)相關(guān)報(bào)告顯示，2022年中國(guó)虛擬電廠項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)容量約為3.7GW，占全球虛擬電廠裝機(jī)總量的17.5%；預(yù)計(jì)2025年中國(guó)虛擬電廠累計(jì)裝機(jī)總?cè)萘?9GW，投資規(guī)模300億元。預(yù)計(jì)2025年虛擬電廠調(diào)節(jié)電量占全社會(huì)用電量達(dá)2%，2030年將達(dá)5%；預(yù)計(jì)到2025、2030年，虛擬電廠整體的市場(chǎng)空間有望達(dá)到723、1961億元，其中聚合商市場(chǎng)空間有望達(dá)到374、858億元。
出于對(duì)虛擬電廠市場(chǎng)前景的看好，眾多上市公司紛紛加快布局。如國(guó)電南瑞在虛擬電廠關(guān)鍵技術(shù)和市場(chǎng)機(jī)制方面已有多年研究，可以提供完整的虛擬電廠解決方案，擁有虛擬電廠平臺(tái)、虛擬機(jī)組、調(diào)控終端等系列化成熟產(chǎn)品和不同類型虛擬電廠的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，并突破秒級(jí)精準(zhǔn)調(diào)頻控制等虛擬電廠運(yùn)營(yíng)管控關(guān)鍵技術(shù)。目前，國(guó)電南瑞建設(shè)的虛擬電廠運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)在上海、福建、江蘇等地成功支撐國(guó)家電網(wǎng)、售電公司、負(fù)荷聚合商等，打造了多個(gè)樣板工程。
國(guó)網(wǎng)信通參與了虛擬電廠相關(guān)示范工程建設(shè)，打造了覆蓋“源網(wǎng)荷儲(chǔ)充”一體化運(yùn)行的虛擬電廠運(yùn)營(yíng)平臺(tái)。該平臺(tái)已接入華北輔助服務(wù)市場(chǎng)、天津虛擬電廠、上海虛擬電廠，參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了面向企業(yè)園區(qū)、商業(yè)樓宇用戶的區(qū)域能源資源優(yōu)化配置。目前，國(guó)網(wǎng)信通的虛擬電廠業(yè)務(wù)已在天津、上海等地開展試點(diǎn)。
南網(wǎng)能源開展的能源托管、用戶側(cè)儲(chǔ)能、光儲(chǔ)用一體化能源站、冰（水）蓄冷等負(fù)荷優(yōu)化調(diào)節(jié)設(shè)施的投資建設(shè)運(yùn)營(yíng)。公司完善業(yè)務(wù)矩陣，為負(fù)荷供應(yīng)、負(fù)荷優(yōu)化、能效提升、負(fù)荷響應(yīng)等綜合能源服務(wù)打下基礎(chǔ)，推出了七個(gè)典型應(yīng)用場(chǎng)景綜合能源解決產(chǎn)品。
此外，國(guó)能日新提供的軟件和信息技術(shù)服務(wù)，主要向新能源電站、發(fā)電集團(tuán)和電網(wǎng)公司等主體提供新能源發(fā)電功率預(yù)測(cè)產(chǎn)品（包括功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)及功率預(yù)測(cè)服務(wù)），未來將向電力交易、智慧儲(chǔ)能、微電網(wǎng)、虛擬電廠等相關(guān)領(lǐng)域延伸和拓展。
虛擬電廠商業(yè)化亟需解決哪些難題？
目前，業(yè)內(nèi)最為關(guān)注的問題，就是虛擬電廠能不能解決商業(yè)模式難題，從而在國(guó)內(nèi)遍地開花真正落地。
自2016年以來，中國(guó)就開始探索虛擬電廠，當(dāng)前仍處于初級(jí)的邀約模式階段，大多虛擬電廠由政府有關(guān)部門、電網(wǎng)企業(yè)、或調(diào)度機(jī)構(gòu)牽頭組織，發(fā)出邀約信號(hào)，以負(fù)荷側(cè)調(diào)節(jié)為主，各種原因?qū)е码娫磦?cè)、儲(chǔ)能側(cè)參與很少。
純市場(chǎng)型的虛擬電廠獲益主要有兩種渠道，一種是提供調(diào)峰輔助服務(wù)、需求響應(yīng)交易，另一種是引導(dǎo)其聚合的分布式電源、儲(chǔ)能等以最優(yōu)的方式參與電力市場(chǎng)交易。可當(dāng)前的現(xiàn)狀是，無論是參與需求響應(yīng)還是輔助服務(wù)交易，受限于組織頻次、資金規(guī)模，虛擬電廠的運(yùn)營(yíng)商難以獲得可持續(xù)的收益。多數(shù)虛擬電廠僅以邀約、投標(biāo)等方式參與政策性需求響應(yīng)，盈利依賴于政府專項(xiàng)費(fèi)用補(bǔ)貼。
虛擬電廠發(fā)展未如預(yù)期，專家認(rèn)為，主要原因在以下三方面：
在政策規(guī)定方面，虛擬電廠概念內(nèi)涵尚未形成權(quán)威統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，發(fā)展暫無全局性、系統(tǒng)性產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，存在發(fā)展速度與質(zhì)量效益失衡現(xiàn)象；
管理規(guī)范方面，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和建設(shè)運(yùn)行管理規(guī)范不健全，難以滿足產(chǎn)業(yè)規(guī)范化規(guī)?；l(fā)展需求；
市場(chǎng)機(jī)制方面，參與電力市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)處于起步階段，準(zhǔn)入條件、交易品種、交易機(jī)制等還有待完善，運(yùn)營(yíng)商獲利空間有待擴(kuò)展，產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展延續(xù)性不強(qiáng)。
從上述問題來看，雖然各地鼓勵(lì)政策相繼出臺(tái)，虛擬電廠的示范試點(diǎn)項(xiàng)目也在如火如荼開展中，但要成為電力市場(chǎng)中的成熟模式將比較艱難。業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，在實(shí)現(xiàn)虛擬電廠在電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的有效參與和商業(yè)化運(yùn)營(yíng)，探索虛擬電廠的商業(yè)化運(yùn)作模式方面，還需克服諸多挑戰(zhàn)。
業(yè)內(nèi)人士表示，虛擬電廠未來的商業(yè)模式具有兩方面發(fā)展趨勢(shì)。一方面是運(yùn)營(yíng)商依托虛擬電廠業(yè)務(wù)切入用戶內(nèi)部，增強(qiáng)客戶黏性，積累數(shù)據(jù)信息資源，拓展綜合能源服務(wù)，打造多元業(yè)務(wù)一體化業(yè)務(wù)布局。另一方面，隨著虛擬電廠規(guī)模不斷提升，物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)將作為虛擬電廠產(chǎn)業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)的基本底座，進(jìn)一步構(gòu)建促進(jìn)運(yùn)營(yíng)商、聚合資源主體、各類專業(yè)服務(wù)商供需對(duì)接的產(chǎn)業(yè)生態(tài)平臺(tái)，形成“物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)+供需對(duì)接平臺(tái)”新型平臺(tái)模式。
今后幾年，虛擬電廠是否能在電力現(xiàn)貨市場(chǎng)發(fā)揮主流作用，業(yè)界殷切期待。
